制桶工藝學
第二章 剪磨
第一節 剪磨設備與工藝
2.1.1 剪磨設備
二、磨邊機
磨邊機是制桶的專用設備。在制桶生產中，為了給焊接工序提供光潔良好的焊接表面和均勻適宜的鋼板厚度，裁剪成形的板材還須進行磨邊加工。磨邊機一般由4～12個獨立的砂輪架組成，對稱地分布在磨邊輸送鏈兩側，上下也對稱設置。每個砂輪架可單獨調節進給量，都具有獨自的動力。4～12個砂輪架加上輸送鏈就組成了整臺磨邊機，完成磨邊工作。
1、磨邊機的磨削過程和磨削力
制桶磨邊屬于金屬磨削，金屬磨削的實質是鋼板被磨削的金屬表層在無數磨粒瞬間的擠壓、摩擦作用下產生變形而后轉為磨屑，并形成光潔表面的過程。
這個磨削過程可分三個階段，砂輪表面的磨粒與鋼板材料剛接觸為彈性變形的第一階段。磨粒繼續切入鋼板，鋼板材料進入塑性變形的第二階段。隨著切削力的增大，使塑性變形不斷增大，材料的晶粒發生滑移，當切削力達到鋼板的強度極限時，被磨削層材料產生擠裂，即進入第三階段。最后被切離。
在磨削過程中，砂輪相當于一把多刀多刃的鏡刀，每一顆磨位就相當于一個“刀齒”，每一個粒尖就相當于一個刀刃。磨削時，砂輪對鋼板表面進行“切除”，那些突起在砂輪周周表面的“刀齒”，在切削力的作用下，從鋼板表面上切除一條薄層約切屑。如圖2-22所示，當砂輪上的A點轉到B點時，鋼板上的C點就移到B點，這樣ABC一條就被磨掉了。并在加工表面摩擦發熱而產生火花。這樣無數磨拉切削的結果. 就把鋼板表面要切除的金屬磨去，形成光滑表面。
圖2-22 磨削過程
1-砂輪；2-鋼板
磨削時砂輪與鋼板間發生切削作用和摩擦作用，在砂輪和鋼板上分別作用著大小相等、方向相反的力，這種相互作用的力稱磨削力。一般來說，磨削力在空詞可分解為三個分力：
(1) 切向力——作用在砂輪圓周速度方向的分力。
(2) 徑向力——作用在磨削深度方向的分力。
(3) 軸向力——作用在砂輪軸線方向的分力。
一般徑向力是切向力約2～3倍，由于較大的徑向力作用，使導軌-鋼板-砂輪組成的工藝系統產生較大的彈性變形。磨削力的大小與鋼飯硬度及砂輪特性有關。在鋼板硬度和砂輪特性基本確定不變的情況下，徑向力主要與砂輪的磨削寬度和磨削用量成正比。
制桶磨邊屬于砂輪圓周磨削，是用砂輪的圓周面磨削平面，因此砂輪與鋼板的接觸面積不大，產生的磨削力也不很大。而且摩擦發熱小，磨削處的冷卻、排屑條件較好，因此能減少鋼板受熱所產生的不利因素，有利于保證磨削精度。
2. 磨邊機的基本參數
磨邊機的基本參數包括：砂輪的圓周速度、磨邊輸送鏈的進給速度、砂輪的垂直進給量和砂輪與鋼板進給方向的偏移角等。
(1) 砂輪的圓周速度。砂輪的圓周速度是指砂輪外因表面上任意一點，在單位時間內所走過的距離，又稱砂輪線速度。
砂輪的圓周速度與磨削面的表面質量有一定關系，因為砂輪在單位時間內參加磨削的磨粒數量增多，切削厚度減小，磨削表面上的凹痕增多，而相鄰兩凹痕間的凸出面積減少，也就是微觀不平度提高了，故表面粗糙度量值較小。但實踐證明，對于低粗糙度磨削，砂輪圓周速度并不要求太高。因為速度過高，鋼板易產生磨焦燒傷等缺陷。若提高磨邊機剛性、減少振動，改善輸送導軌精度和防護條件，砂輪圓周速度是可以提高，這既能提高磨削面質量，又提高了生產效率。
砂輪圓周速度的計算公式：
（m/s）
式中Us——砂輪圓周速度（m/s）；
Ds——砂輪直徑(mm)；
ns——砂輪轉速（r/min）。
砂輪圓周速度的最大值，取決于砂輪結合劑種類和磨邊機的剛性。一般選用的砂輪圓周速度在20～30m/s范圍內。
(2) 磨邊輸送鏈進給速度。磨邊輸送鏈的進給速度與磨削面質量以及生產效率有關。進給速度快，磨削面的表面粗糙度就粗，但生產效率提高了，散熱條件也改善了。制桶生產是流水線連續生產，因比磨邊輸送鏈的進給速度還須跟上前后工序的生產效率的步伐。在制桶中，一般選用的磨邊輸送鏈進給速度在5～10m/min的范圍內。
（3）砂輪的垂直進給量。即磨削深度。因為磨邊是一次成形的磨削加工，因此，砂輪的垂直進給量原則上講應是固定不變的。如果用4臺砂輪機，即兩邊上下各一臺，那么砂輪的垂直進給量就等于磨邊全量的一半。以200升閉口鋼桶生產為例，其磨邊要求磨去0.05mm，則垂直進給量就應該為0.025mm。如果用8臺砂輪機，即兩邊上下各2臺， 那么砂輪的垂直進給量可小一些。仍以200升閉口鋼桶生產為例，前一對的垂直進給量為0.15～0.02mm，后一對的垂直進給量為隊0.05～0.01mm。但兩次磨削的總量還應符合磨邊的工藝要求。
圖2-23 砂輪安裝偏移角
1-砂輪；2-鋼板；3-輸送楔塊
（4）砂輪安裝偏移角。磨邊砂輪的安裝與一般的平面磨床不同，如圖2-23所示，砂輪的中心軸線與鋼板的進給方向有一偏移角Φ。這個偏移角的設置有三個作用：一是提高鋼板磨邊的穩定性，二是為鋼板送進方便，三是磨邊形狀的需要。制桶用的是薄鋼板，剛性很差，而磨邊的磨削力又較大，輸送鋼板又僅靠兩模塊在端線處推送。如果沒有偏移角，象一般的平面磨一樣Φ= 90°，則因磨削力較大會使鋼板弓起，而且輸送鏈也將受到較大的阻力，須增大輸送力才能完成鋼板的進給。合理地設置偏移角，如圖2-23所示，磨削力可分解為兩個互相垂直的分力。沿鋼板送迸方向的分力由輸送鏈模塊承受，垂直鋼板送進方向的分力，因砂輪是兩邊對稱設置的，所以正好左右平衡。這樣將一個較大的磨削力分解成兩個較小的分力，由鋼板的左右、前后一起來承載就要穩定得多，輸送力也要小得多。砂輪安裝偏移角的設置對鋼板送進也帶來方便。如圖2-24所示，我們假設沿砂輪寬度H方向將砂輪分成若干片，那么，由于存在偏移角φ，每一片砂輪與鋼板的接觸區都不同。圖中可看出，由前向后，接觸區逐漸下移，這就相當一個很微小的楔形開口。這個開口雖然很微小，但對鋼板剛送入時卻帶來了很大的方便。設置偏移角還能基本上滿足磨邊形狀的工藝要求，不難從圖2-24看出，磨邊寬度b與砂輪寬H的關系：
b= H • tgφ
磨削面的表面形狀由砂輪圓柱面上的一條與鋼板接觸的斜線決定，基本可滿足要求。
圖2-24 砂輪與鋼板磨削接觸區
由上述三個因素可確定砂輪安裝偏移角的大小。若偏移角Φ過小，則鋼板左右方向受力增大，也將影響鋼板的穩定，且不利于鋼板送進，板材磨削面寬度也變小；若偏移角φ過大，則鋼板前磨削接觸區后方向受力增大，必將增加輸送困難，磨削面寬度也增大，磨削量增大將影響磨削面的質量。因此，偏移角的選擇必須根據鋼板的性能，輸送鏈的送進能力以及板材磨邊寬度等因素全面考慮，合理地選用。
3、磨邊機的結構
磨邊機的結構并不復雜，它由兩大部分組成：一是4～1臺相對獨立的砂輪架，二是輸送鋼板的輸送鏈。每個砂輪架上均有獨自的垂直進給機構，輸送鏈上還具有定位裝置。下面我們分別迸行討論。
（1）砂輪架。磨邊機砂輪架的機械傳動如圖2-25所示。電動機1的動力由三角皮帶傳動減速后驅動砂輪高速旋轉，形成了砂輪工作的主運動。另一傳動是砂輪的垂直進給運動，即調節砂輪始上下位置。轉動調節手柄，帶動蝸桿蝸輪傳動，鍋輪帶動螺桿轉動，螺桿的轉動又轉變為滑板的上下移動，電動機與砂輪機均固定安裝在滑板上，形成一個整體，從而實現了砂輪的垂直進給運動。采用蝸桿蝸輪機構作為垂直進給運動機構，不僅可以使進給量穩定且可微調，而且又具有了自鎖功能，進一步保證了進給的穩定性。
圖2-25 砂輪架的機械傳動
1-電動機；2-調節手柄；3-三角皮帶傳動組；
4-滑板；5-砂輪；6-螺桿傳動組；7-蝸輪蝸桿傳動組
砂輪架的最重要部件是砂輪機，其結構示意如圖2-26所示。砂輪的轉速一般都較高，磨邊負荷也較大，如采用左右只設置一對砂輪時，垂直進給量就較大，負荷相應也較大。因此一般采用滑動軸承。如果降低轉速，負荷也較小時，也可采用滾動軸承。軸向止推環、推力軸承及彈簧是用來控制高速旋轉軸的軸向竄動的。砂輪采用壓緊盤安裝，主要考慮調換砂輪的方便簡捷，不至影響制桶的流水線連續生產。
圖2-26 砂輪機結構示意圖
1-砂輪；2-砂輪壓緊盤；3-主軸；4-軸瓦
5-支承螺釘；6-軸向止推環；7-推力軸承；8-彈簧
（2）輸送定位袋置。鋼板的輸送定位在磨邊生產中是十分重要的。輸送的進給速度要滿足工藝的要求，這不難辦到，只須配以適當的傳動比，使輸送鏈的運行速度達到要求所需的進給速度即可，所以問題的關鍵是定位。鋼板磨邊因為是兩邊上下同時一次加工成形的，所以輸送定位不但是左右的定位，上下的定位，而且還要求進給的垂直對稱定位。鋼板輸送一般采用帶定位楔塊的輸送鏈，其結構與裁剪橫向定位輸送鏈基本相同。輸送鏈上的定位楔塊有兩個作用：一是提供輸送動力，二是使鋼板磨邊的邊線與長邊垂直，以使磨邊寬度不變，起到垂直定位的作用。鋼板的左右、上下定位采用定位導軌和擋板。左右定位的擋板間距離原則上講應與鋼板長度相等，但考慮裁剪的誤差等原因，可適當放寬一些，以利鋼板順利通過。當然也不能有過大的放寬量，否則將出現鋼板偏向一邊，磨邊不對稱現象。在鋼板進口處，定位擋板須有一斜面開口（俗稱喇叭口），使鋼板調整左右位置。定位擋板因頻繁與鋼板摩擦相撞，所以須選用合適的材料并經過適當的處理。定位擋板須更換方便并且可調整其左右位置。上下定位的導軌主要起磨削支承作用，制桶鋼板很薄，本身剛性很差，有時還有扭曲、起弓現象。因此磨邊時，鋼板的上下定位很重要。首先導軌本身的剛性要好，在磨削力的作用下要求變形盡可能小，因此必須加強磨削處導軌的剛性。其次是送進砂輪口的引導定位，使鋼板在進人砂輪口前盡可能緊貼導軌。由于砂輪安裝在輸送導軌中，前后有一段空擋，因此必須有引導喇叭口，且盡可能靠近砂輪磨削處。此外可使磨削處的導軌微微高出一點，也能使鋼板緊貼導軌，當然導軌的連接仍須圓滑，不至卡住鋼板。
